测量误差与数据处理试验设计与分析.ppt

本章内容本章内容2.1 2.1 测量误差测量误差2.2 2.2 检测数据统计分析与处理检测数据统计分析与处理2.3 2.3 试验设计与分析试验设计与分析 2.1 测量误差误差的必然性误差的必然性研究误差理论的意义研究误差理论的意义误差的基本概念误差的基本概念误差的来源、分类及表示方法误差的来源、分类及表示方法系统误差系统误差随机误差随机误差粗大误差粗大误差误差的必然性测量的影响因素：测量设备及标准物质、测量方法、测测量的影响因素：测量设备及标准物质、测量方法、测量环境、测量的人量环境、测量的人因素受因素受科学技术水平科学技术水平和和人的生理条件人的生理条件所制约所制约结果：结果：测量值测量值与被测对象的与被测对象的客观实际状态客观实际状态存在差异存在差异表现：测量误差（测量值与真值之间存在一定差异）表现：测量误差（测量值与真值之间存在一定差异）真值：是通过完善的或完美无缺的测量，才能获得的值。真值：是通过完善的或完美无缺的测量，才能获得的值。误差公理：测量结果都有误差，误差自始至终存在于一误差公理：测量结果都有误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。切科学实验和测量的过程之中。研究误差理论的意义确定测量误差是整个测量过程中不可缺少的重确定测量误差是整个测量过程中不可缺少的重要环节，不知测量误差的测量结果无法应用要环节，不知测量误差的测量结果无法应用例：国标规定例：国标规定8mm8mm碳素钢盘条的允许偏差碳素钢盘条的允许偏差0.5mm0.5mm误差理论是保证和提高测量准确性的必要的理误差理论是保证和提高测量准确性的必要的理论依据论依据 在检测工作中须设法减小测量误差，提高测量在检测工作中须设法减小测量误差，提高测量准确性，以对误差系统、全面的研究为前提。准确性，以对误差系统、全面的研究为前提。研究误差理论的意义研究误差理论的意义误差理论是合理选用、设计仪器的必要理论依据误差理论是合理选用、设计仪器的必要理论依据 一般情况下测量的准确性越高，测量过程越复杂，一般情况下测量的准确性越高，测量过程越复杂，对仪器和测量环境越苛求，对测量人员的技术要求对仪器和测量环境越苛求，对测量人员的技术要求也越高，从而耗资、耗时也越多。因此很多测量工也越高，从而耗资、耗时也越多。因此很多测量工作，特别在生产中大量的测量检验，并不盲目追求作，特别在生产中大量的测量检验，并不盲目追求准确度，而是在满足测量准确度的前提下，求得测准确度，而是在满足测量准确度的前提下，求得测量工作简便、经济，有较高的效率，这就需要应用量工作简便、经济，有较高的效率，这就需要应用误差理论科学地、合理地选择测量器具。误差理论科学地、合理地选择测量器具。仪器的设计、加工、装配、调试都必然产生误差，仪器的设计、加工、装配、调试都必然产生误差，因此在设计中需应用误差理论分析并适当控制这些因此在设计中需应用误差理论分析并适当控制这些误差因素，使仪器的测量准确度达到设计要求误差因素，使仪器的测量准确度达到设计要求误差的基本概念误差的基本概念量和量值量和量值量的真值和实际值量的真值和实际值真值：一个量在被测得瞬间，其本身所具有真实大小。真值：一个量在被测得瞬间，其本身所具有真实大小。真值是理想概念，仅可通过测量获得接近真值的量值真值是理想概念，仅可通过测量获得接近真值的量值实际值：满足规定准确度，用来代替真值的量值实际值：满足规定准确度，用来代替真值的量值测量工作中，通常把标准样品给定值或上级权威机构测量工作中，通常把标准样品给定值或上级权威机构测量值视为实际值。测量值视为实际值。误差的主要来源误差的主要来源误差的主要来源设备误差设备误差l标准器误差标准器误差l测量装置误差测量装置误差l附件误差附件误差环境误差环境误差人员误差人员误差方法误差方法误差误差的主要来源误差的主要来源l标准器误差：标准器是提供标准量值的器具，标准器误差：标准器是提供标准量值的器具，如标准砝码、钢尺、游标卡尺等，他们体现如标准砝码、钢尺、游标卡尺等，他们体现的量值都有误差。的量值都有误差。l测量装置误差：主要是装置的制造与安装误测量装置误差：主要是装置的制造与安装误差，如读数分划板的刻度误差、度盘的安装差，如读数分划板的刻度误差、度盘的安装偏心误差、天平的不等臂误差等偏心误差、天平的不等臂误差等l附件误差：为使测量顺利进行而用到的各种附件误差：为使测量顺利进行而用到的各种辅助设备，如电测中的转换开关、长度测量辅助设备，如电测中的转换开关、长度测量中的装卡调节器等均会引起测量误差中的装卡调节器等均会引起测量误差误差的主要来源环境误差：环境条件包括温度、湿度、气压、振动、环境误差：环境条件包括温度、湿度、气压、振动、灰尘、电磁场等。测量设备在规定的标准条件下使灰尘、电磁场等。测量设备在规定的标准条件下使用时产生的示值误差称为基本误差。超出规定的条用时产生的示值误差称为基本误差。超出规定的条件产生的测量设备量值的变化、相互位置的改变等件产生的测量设备量值的变化、相互位置的改变等引起的误差称为附加误差引起的误差称为附加误差人员误差：测量人员的分辨能力、感觉器官等引起人员误差：测量人员的分辨能力、感觉器官等引起的主观误差的主观误差方法误差：测量原理和方法的缺陷而带来的误差。方法误差：测量原理和方法的缺陷而带来的误差。如固定水量法测水泥标准稠度用水量，当如固定水量法测水泥标准稠度用水量，当S13mmS13mm时时引起的误差，采用近似的测量方法和近似公式所产引起的误差，采用近似的测量方法和近似公式所产生的误差。生的误差。误差的分类误差的分类（按性质分）误差的分类（按性质分）系统误差：指在偏离测量规定条件时或由于测量系统误差：指在偏离测量规定条件时或由于测量方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差 随机误差：在实际测量条件下，多次测量同一量随机误差：在实际测量条件下，多次测量同一量时，误差的符号和绝对值以不可预定方式变化着时，误差的符号和绝对值以不可预定方式变化着的误差，随机误差又称偶然误差。的误差，随机误差又称偶然误差。粗大误差：超出在规定条件下预期的误差。粗大误差：超出在规定条件下预期的误差。误差的表示方法绝对误差：被测量的测量结果与其真值之差，简称误差。绝对误差：被测量的测量结果与其真值之差，简称误差。误差误差=测量结果测量结果-真值真值 =（测量结果（测量结果-总体均值）总体均值）+（总体均值（总体均值-真值真值 =随机误差随机误差+系统误差系统误差相对误差：绝对误差与真值的比较。相对误差：绝对误差与真值的比较。相对误差相对误差=绝对误差绝对误差/真值真值100%100%对于相同的被测量，绝对误差可以评定不同的测量方法对于相同的被测量，绝对误差可以评定不同的测量方法的测量精度的高低，但对于不同的被测量，就需要相对误差评的测量精度的高低，但对于不同的被测量，就需要相对误差评定不同测量方法的测量精度的高低。定不同测量方法的测量精度的高低。以上计算所用到的真值往往是无法获得的，而实际值与以上计算所用到的真值往往是无法获得的，而实际值与真值之差又可忽略，所以在求算时往往以实际值代替真值。真值之差又可忽略，所以在求算时往往以实际值代替真值。系统误差 在重复性条件下，对同一对象进行无限在重复性条件下，对同一对象进行无限多次测量所得结果的平均值与被测值的真值多次测量所得结果的平均值与被测值的真值之差。具有规律性、可预测性。之差。具有规律性、可预测性。系统误差的分类系统误差的分类定值系统误差：在整个测量过程中，误差大小和定值系统误差：在整个测量过程中，误差大小和方向始终不变。如计量器具的零位偏差、量具的方向始终不变。如计量器具的零位偏差、量具的刻度偏差。刻度偏差。变值系统误差：在整个测量过程中，误差大小和变值系统误差：在整个测量过程中，误差大小和按确定的规律变化。如线性、正弦曲线、复杂规按确定的规律变化。如线性、正弦曲线、复杂规律变化。律变化。系统误差消除定值系统误差的方法消除定值系统误差的方法消除误差源消除误差源加修正值法加修正值法代替法代替法抵消法抵消法n消除变值系统误差的方法消除变值系统误差的方法等时距对称测量法等时距对称测量法半周期偶数测量法半周期偶数测量法随机误差 测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。行无限多次测量所得结果的平均值之差。分布规律：多正态分布分布规律：多正态分布正态分布随机误差特点：单峰性、对称性、有正态分布随机误差特点：单峰性、对称性、有界性、抵偿性界性、抵偿性正态分布：曲线窄而高，说明测量值比较集中，正态分布：曲线窄而高，说明测量值比较集中，离散程度小；反之说明测量值比较分散，离散离散程度小；反之说明测量值比较分散，离散程度大。程度大。粗大误差粗大误差粗大误差的数值比较大，会严重歪曲测量结粗大误差的数值比较大，会严重歪曲测量结果，因此要剔除。果，因此要剔除。产生的原因：产生的原因：测量人员的主观原因：责任感不强、过于疲劳、测量人员的主观原因：责任感不强、过于疲劳、操作不当、不够耐心、仔细等造成错误的读数或操作不当、不够耐心、仔细等造成错误的读数或记录记录测量条件的客观原因：意外的改变，引起仪器示测量条件的客观原因：意外的改变，引起仪器示值或被测对象位置的显著改变值或被测对象位置的显著改变防止和消除防止和消除2.2 2.2 检测数据统计分析与处理检测数据统计分析与处理平均值平均值误差计算误差计算变异系数变异系数正态分布和概率正态分布和概率可疑数据的取舍可疑数据的取舍数据修约规则数据修约规则一般关系式的建立一般关系式的建立平均值平均值算术平均值：用来了解一批数据的平均水平，中间算术平均值：用来了解一批数据的平均水平，中间值值n均方根平均值：对数据大小跳动反应较为敏感均方根平均值：对数据大小跳动反应较为敏感n加权平均值加权平均值 在等精度测量中以算术平均值作为测量结果，在等精度测量中以算术平均值作为测量结果，在不等精度测量中以加权平均值作为测量结果。在不等精度测量中以加权平均值作为测量结果。小测成绩是80分，期末考成绩是90分，计算总的平均成绩，小测40%、期末成绩60%的比例来算，平均成绩是：8040%+9060%=86学校食堂吃饭，吃三碗的有 人，吃两碗的有 y 人，吃一碗的 z 人。平均每人吃多少？(3+2y+1z)(+y+z)这里x、y、z分别就是权数值，“加权”就是考虑到不同变量在总体中的比例份额。例如，某人射击十次，其中二次射中10环，三次射中8环，四次射中7环，一次射中9环，那么他平均射中的环数为：（102+91+83+74）10=8.1 这里，7，8，9，10这四个数是射击者射中的几个不同环数，但它们出现的频数不同，分别为4，3，1，2，数据的频数越大，表明它对整组数据的平均数影响越大，实际上，频数起着权衡数据的作用，称之为权数或权重，上面的平均数称为加权平均数，不难看出，各个数据的权重之和恰为10。误差计算误差计算范围误差：又称极差范围误差：又称极差W=XW=Xmaxmax-X-Xminmin算术平均误差算术平均误差标准差（均方根差）：衡量离散性大小标准差（均方根差）：衡量离散性大小误差计算误差计算极差估计法极差估计法 极差表示数据离散的范围，也可用来度量数据极差表示数据离散的范围，也可用来度量数据的离散性的离散性当一组数据（当一组数据（n10n10）时，可用下式估算标准差）时，可用下式估算标准差 其中其中d dn n是与是与n n有关的系数，查表有关的系数，查表2.12.1当一组数据（当一组数据（n10n10）时，要将数据随机分成若干个（）时，要将数据随机分成若干个（m m个）个）数量相等的组，对每组求极差，并计算平均值。用右下式数量相等的组，对每组求极差，并计算平均值。用右下式估算标准差估算标准差变异系数变异系数表示相对波动的大小变异系数表示相对波动的大小 标准差反应数据的绝对波动情况（当测量较大标准差反应数据的绝对波动情况（当测量较大的量值时，绝对误差一般较大；测量较小的值时，的量值时，绝对误差一般较大；测量较小的值时，绝对误差一般较小。），反应不了因测量值不同相绝对误差一般较小。），反应不了因测量值不同相对波动的大小。对波动的大小。例：混凝土强度测试（例：混凝土强度测试（1 1）2020、2525、30 MPa30 MPa （2 2）3535、4040、45 MPa45 MPa正态分布和概率n正态分布曲线的特点正态分布曲线的特点平均值：反映总体水平。为正态分布曲线的峰值，曲线以平均值：反映总体水平。为正态分布曲线的峰值，曲线以此对称。此对称。标准差：衡量数据绝对波动性大小。其大小表示曲线的宽标准差：衡量数据绝对波动性大小。其大小表示曲线的宽窄，越打，曲线越宽，数据越分散；越小，曲线越窄，数窄，越打，曲线越宽，数据越分散；越小，曲线越窄，数据越集中据越集中数据值数据值X X落入任意区间的概率落入任意区间的概率P P是是横坐标和曲线所夹的面是是横坐标和曲线所夹的面积。积。曲线与横坐标之间的面积表示频率（概率）总和，等于曲线与横坐标之间的面积表示频率（概率）总和，等于100%100%正态分布和概率概率是指试验所得数据落在图形的机会，可用分布函概率是指试验所得数据落在图形的机会，可用分布函数来表示数来表示t t为概率度，为概率度，即为落在即为落在 区间内的概率区间内的概率 可疑数据的取舍三倍标准法（三倍标准法（n n1010）X Xi i剔除剔除格拉布斯法格拉布斯法把试验数据按从小到大排列把试验数据按从小到大排列选择显著性水平选择显著性水平，根据，根据、n n查表确定查表确定T T（n n，）值值计算统计量计算统计量T T当当T T T T（n n，）时，则假设的可疑数据是对的，应舍去）时，则假设的可疑数据是对的，应舍去数据修约规则有效数字有效数字 从左开始第一位非从左开始第一位非“0”0”数字算起所有数据的位数字算起所有数据的位数。（包括数。（包括“0”0”）有效数字只有末位数字是可疑的、估计的或不确有效数字只有末位数字是可疑的、估计的或不确定的。定的。以以“0”0”结尾的整数，有效数字的位数应根据测结尾的整数，有效数字的位数应根据测量值得准确程度改写成指数形式量值得准确程度改写成指数形式数据修约规则数据修约规则数据修约规则 根据拟舍数字的左边第一个数字确定根据拟舍数字的左边第一个数字确定4 4舍舍6 6进进5 5单双单双5 5后非全部为零，进一后非全部为零，进一5 5后全部为零，拟保留的末位数字为奇数进一；后全部为零，拟保留的末位数字为奇数进一；为偶数则舍弃不进。为偶数则舍弃不进。拟舍弃数字为两位以上，不得连续修约，应根据拟舍弃数字为两位以上，不得连续修约，应根据拟舍数字左边第一个数字的大小，按上述规则一拟舍数字左边第一个数字的大小，按上述规则一次修约出结果次修约出结果一般关系式的建立通常见到的两个变量间的经验相关公式，大多为简通常见到的两个变量间的经验相关公式，大多为简单的直线关系公式单的直线关系公式 。几种方法介绍。几种方法介绍作图法作图法Y Y为纵坐标、为纵坐标、X X为横坐标，作出相应点（为横坐标，作出相应点（X Xi i，Y Yi i）通过所有点作一直线，尽量使点在直线两侧分布均匀通过所有点作一直线，尽量使点在直线两侧分布均匀延长直线使之与众坐标轴相较，交点的坐标值即为延长直线使之与众坐标轴相较，交点的坐标值即为b b直线的斜率即为直线的斜率即为一般关系式的建立选点法选点法将大小两对测量值分别代入经验公式，建立方程组，将大小两对测量值分别代入经验公式，建立方程组，分别求得分别求得 和和b b该方法所得公式较粗，很少用该方法所得公式较粗，很少用平均法平均法 将检测值按大小顺序排列，再分成两组，分别求两组将检测值按大小顺序排列，再分成两组，分别求两组X X和和Y Y的平均值，以平均值分别代入经验公式，建立方程组，分的平均值，以平均值分别代入经验公式，建立方程组，分别求得别求得 和和b b 一般关系式的建立最小二乘法最小二乘法 使各测量值与统计得到的关系值直线间的误差的平方和最小。使各测量值与统计得到的关系值直线间的误差的平方和最小。此法为常用的统计方法。此法为常用的统计方法。方程：方程：截距：截距：斜率：斜率：相关系数相关系数标准差标准差变异系数变异系数 1.1.实际问题实际问题 2.2.制定试验方案制定试验方案 3.3.简单分析方法简单分析方法 4.4.正交试验法的优点正交试验法的优点 5.5.补充说明补充说明2.3 试验设计与分析试验设计与分析 1.1.实际问题实际问题 配合比设计试验；配合比设计试验；1.1 1.1 情况复杂情况复杂 因素多因素多 影响试验结果的因素往往很多影响试验结果的因素往往很多 指标多指标多 衡量试验结果优劣常有多个指标衡量试验结果优劣常有多个指标 周期长周期长 完成一次试验需要很长时间完成一次试验需要很长时间 费用高费用高 特别是在现代测试领域特别是在现代测试领域 误差大误差大 同样的试验条件，试验结果可以很不一样同样的试验条件，试验结果可以很不一样 1.2 1.2 要求很高要求很高 因素主次因素主次 那些是影响试验结果的主要因素那些是影响试验结果的主要因素 变化规律变化规律 各主要因素改变时，试验结果怎样变化各主要因素改变时，试验结果怎样变化 最优条件最优条件 较理想的试验条件是什么较理想的试验条件是什么 科学合理的安排和分析试验非常重要科学合理的安排和分析试验非常重要 2.2.制定试验方案制定试验方案2.1 2.1 基本概念基本概念 因素因素 影响试验结果的事物影响试验结果的事物 水平水平 因素在试验中可能变化的各种状态因素在试验中可能变化的各种状态 指标指标 衡量试验结果优劣的量衡量试验结果优劣的量 可控因素可控因素 可以人为调节和控制的因素可以人为调节和控制的因素 试验设计方法适用于可控因素试验设计方法适用于可控因素 正交表正交表 一种用于安排试验方案的表格，最简单的表是一种用于安排试验方案的表格，最简单的表是 Ln(sm)L 表示它是正交表表示它是正交表 n 表示它有表示它有 n n 行，要做行，要做 n n 次试验次试验 m 表示它有表示它有 m m 列，试验最多考察列，试验最多考察 m m 个因素个因素 s 表示表格中恰有表示表格中恰有 1,s 1,s 这这 s s 个数字个数字 2.2 2.2 一个例子一个例子 问问 题题 不同因素对混凝土性能的影响不同因素对混凝土性能的影响 因因 素素 影响因素有：水胶比、砂率、单方水泥用量、外影响因素有：水胶比、砂率、单方水泥用量、外加剂种类加剂种类 、砂石种类等；、砂石种类等；水水 平平 根据经验，每个因素选了三个水平，如下表所示根据经验，每个因素选了三个水平，如下表所示 因素水平表因素水平表 W/B CW/B C（Kg/m3Kg/m3）SpSp（%）1 0.32 380 38 2 0.34 400 40 3 0.36 420 42 选用选用 L L9 9(3(34 4)安排试验安排试验 正交表正交表 L L9 9(3(34 4)(1)(2)(3)(4)1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 试验方案正交表试验方案正交表 L L9 9(3(34 4)试验号试验号 W/B C（Kg/m3）Sp（%）(1)(2)(3)(4)1 1 0.32 1 380 1 38 1 2 1 0.32 2 400 2 40 2 3 1 0.32 3 420 3 42 3 4 2 0.34 1 380 2 40 3 5 2 0.34 2 400 3 42 1 6 2 0.34 3 420 1 38 2 7 3 0.36 1 380 3 42 2 8 3 0.36 2 400 1 38 3 9 3 0.36 3 420 2 40 1 每行是一个试验条件，共每行是一个试验条件，共 9 9 个试验个试验2.3 2.3 步骤步骤 1 1）明确试验目的，确定试验指标；明确试验目的，确定试验指标；2 2）挑因素、选水平；）挑因素、选水平；要紧紧围绕试验目的和指标挑选要紧紧围绕试验目的和指标挑选 3 3）选用正交表；常用正交表有：）选用正交表；常用正交表有：2 2 水平表水平表 L4(23)，L8(27)，L16(215)3-5 3-5 水平表水平表 L9(34)，L27(313)，L16(45)，L25(56)混合水平表混合水平表 L8(424)，L18(237)4 4）列出试验方案）列出试验方案 把每个因素放到正交表的一个列上把每个因素放到正交表的一个列上 表中的数字换成各因素的相应水平表中的数字换成各因素的相应水平 每一行给出一个试验条件每一行给出一个试验条件 注：注：1 1）和）和 2 2）是制定试验方案的关键环节）是制定试验方案的关键环节3.简单分析方法简单分析方法3.1 一个例子一个例子(续续)试验结果试验结果试验号试验号 W/B C（Kg/m3）Sp（%）指标指标 强度（强度（MPa）(1)(2)(3)(4)1 1 0.32 1 380 1 38 1 45 2 1 0.32 2 400 2 40 2 48 3 1 0.32 3 420 3 42 3 54 4 2 0.34 1 380 2 40 3 40 5 2 0.34 2 400 3 42 1 44 6 2 0.34 3 420 1 38 2 52 7 3 0.36 1 380 3 42 2 38 8 3 0.36 2 400 1 38 3 42 9 3 0.36 3 420 2 40 1 50 观看观看 直接看试验结果，第直接看试验结果，第 3号试验最好，强度最高，号试验最好，强度最高，54MPa；还能看出什么？还能看出什么？计算计算 先对每个因素计算相同水平下的平均收率，例如先对每个因素计算相同水平下的平均收率，例如 A 因素水胶比，第因素水胶比，第 1 水平下的平均强度是水平下的平均强度是 k1A=(45+48+54)/3=49 B 因素水泥用量，第因素水泥用量，第 3 水平下的平均收率是水平下的平均收率是 k3B=(54+52+50)/3=52 C 因素砂率，第因素砂率，第 2 水平下的平均收率是水平下的平均收率是 k2C=(48+40+50)/3=46 再计算每个因素不同水平下平均收率的极差再计算每个因素不同水平下平均收率的极差,例如例如 RA=82 61=21 RC=79 66=13 计算结果见下表计算结果见下表试验号试验号 W/B C（Kg/m3）Sp（%）指标指标 强度（强度（MPa）(1)(2)(3)(4)1 1 0.32 1 380 1 38 1 45 2 1 0.32 2 400 2 40 2 48 3 1 0.32 3 420 3 42 3 54 4 2 0.34 1 380 2 40 3 40 5 2 0.34 2 400 3 42 1 44 6 2 0.34 3 420 1 38 2 52 7 3 0.36 1 380 3 42 2 38 8 3 0.36 2 400 1 38 3 42 9 3 0.36 3 420 2 40 1 50-均值均值 k1 49 41 46.3 45.4 (总平均总平均45.9)均值均值 k2 45.3 44.7 46 45.3 均值均值 k3 43.3 52 45.3 46.9-极差极差 R 5.7 11 1 1.6 画图画图 以每个因素的水平为横坐标，相应强度为纵坐标画图以每个因素的水平为横坐标，相应强度为纵坐标画图 指标与因素关系图指标与因素关系图 初步结论初步结论 1)31)3、6 6、9 9三个试验条件是比较好的条件；三个试验条件是比较好的条件；2)A 2)A 因素水胶比的第因素水胶比的第1 1水平水平(0.32)(0.32)相应的平均强度较高，相应的平均强度较高，B B 因素水泥量的第因素水泥量的第3 3水平水平(420Kg)(420Kg)相应的平均强度较高，相应的平均强度较高，C C 因素砂率的第因素砂率的第3 3水平水平(42%)(42%)相应的平均强度较高，相应的平均强度较高，因此，因此，(0.32,420,42%)(0.32,420,42%)可能是一个比较好的条件；可能是一个比较好的条件；3)B3)B因素水泥用量极差最大，表明它水平变化时，强度变化最因素水泥用量极差最大，表明它水平变化时，强度变化最大；大；A A水胶比次之；水胶比次之；C C砂率极差最小，它对平均强度影响较小。砂率极差最小，它对平均强度影响较小。因此，这三个因素的主次顺序是因此，这三个因素的主次顺序是:C:C、W/BW/B、SpSp 4)4)在在 380420kg水泥用量之间，用量增加时强度呈提高趋势；水泥用量之间，用量增加时强度呈提高趋势；在在0 0.320.36之间，增加水胶比强度呈现降低趋势之间，增加水胶比强度呈现降低趋势;砂率对混凝砂率对混凝土强度影响不大。土强度影响不大。验证试验验证试验 为验证上述三个条件，需重新做试验验证。为验证上述三个条件，需重新做试验验证。3.2 分析步骤分析步骤 1）填写试验结果，找出其中最好的）填写试验结果，找出其中最好的1-2试验条件；试验条件；2）对每个因素计算相同水平下的平均指标；）对每个因素计算相同水平下的平均指标；3）计算每个因素不同水平下平均指标的极差）计算每个因素不同水平下平均指标的极差(平均指标的最大值减最平均指标的最大值减最 小值小值)；4）以每个因素的水平为横坐标，相应的平均指标为纵坐标，作指标）以每个因素的水平为横坐标，相应的平均指标为纵坐标，作指标与因素关系图；与因素关系图；5）比较各因素的极差，给出诸因素的主次顺序）比较各因素的极差，给出诸因素的主次顺序(极差越大的因素越重极差越大的因素越重 要要)；6）找出最好的水平组合，即每个因素相应指标最好的水平）找出最好的水平组合，即每个因素相应指标最好的水平(对次要因对次要因素也可以选取便于操作或节省材料的水平素也可以选取便于操作或节省材料的水平)，这也可能是一个好的，这也可能是一个好的 试验条试验条件；件；7）做重复验证试验，确定好的试验条件；）做重复验证试验，确定好的试验条件；8）综合以上结果得出本试验的结论。）综合以上结果得出本试验的结论。4.正交试验法的优点正交试验法的优点4.1 与传统方法比较与传统方法比较 当因素较多时，往往不能做全面试验当因素较多时，往往不能做全面试验 传统的方法是变动一个因素，固定其它因素。传统的方法是变动一个因素，固定其它因素。看一个最简单的例子。看一个最简单的例子。三个因素：三个因素：A、B、C，每个因素两个水平：每个因素两个水平：A1，A2；B1，B2；C1，C2 传统方法：传统方法：A1 B1 C1 与与 A1 B1 C2 比较，假定后者好，加做比较，假定后者好，加做 A1 B2 C2 A1 B1 C2 与与 A1 B2 C2 比较，假定后者好，加做比较，假定后者好，加做 A2 B2 C2 A1 B2 C2 与与 A2 B2 C2 比较，选二者中较好的一个比较，选二者中较好的一个 共做了共做了4个试验个试验(红色红色)：A1 B1 C1，A1 B1 C2，A1 B2 C2，A2 B2 C2 其中各水平其中各水平(组合组合)出现的次数分别是：出现的次数分别是：单水平单水平 3次次 A1，C2；2次次 B1，B2；1次次 A2，C1 两水平组合两水平组合 2次次(A1 B1)，(A1 C2)，(B2 C2)1次次(A1 B2)，(A2 B2)，(A1 C1)，(A2 C2)，(B1 C1)，(B2 C1)0次次(A2 B2)，(A2 C2)，(B2 C1)正交试验正交试验 选用选用L4(23)，也做，也做4个试验个试验 正交表正交表L4(23)正交正交试验方案试验方案 传统试验方案传统试验方案 (1)(2)(3)试验号试验号 A B C 试验号试验号 A B C 1 1 1 1 1 A1 B1 C1 1 A1 B1 C1 2 1 2 2 2 A1 B2 C2 2 A1 B1 C2 3 2 1 2 3 A2 B1 C2 3 A1 B2 C2 4 2 2 1 4 A2 B2 C1 4 A2 B2 C2 这这4个试验是个试验是 A1 B1 C1，A1 B2 C2，A2 B1 C2，A2 B2 C1 其中各水平其中各水平(组合组合)出现的次数分别是：出现的次数分别是：单水平单水平 每个单水平每个单水平(共共6个个)都出现都出现 2 次次 两水平组合两水平组合 每个两水平组合每个两水平组合(共共8个个)都出现都出现 1 次次 4.1 正交表的特点正交表的特点 正交表正交表 L9(34)正交表正交表 L8(27)(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 3 1 3 3 3 3 1 2 2 1 1 2 2 4 2 1 2 3 4 1 2 2 2 2 1 1 5 2 2 3 1 5 2 1 2 1 2 1 2 6 2 3 1 2 6 2 1 2 2 1 2 1 7 3 1 3 2 7 2 2 1 1 2 2 1 8 3 2 1 3 8 2 2 1 2 1 1 2 9 3 3 2 1 正交表的特点正交表的特点 同一列中，每个数字出现的次数相同；同一列中，每个数字出现的次数相同；任意两列，每个数字对出现的次数相同；任意两列，每个数字对出现的次数相同；给定任意一列给定任意一列 i，对应其每个数字，其它任意一列中的各个数字出，对应其每个数字，其它任意一列中的各个数字出现的次数相同。现的次数相同。正交试验方案的特性正交试验方案的特性 同一个因素，每个水平出现的次数相同；同一个因素，每个水平出现的次数相同；任意两个因素，每个水平组合出现的次数相同；任意两个因素，每个水平组合出现的次数相同；给定任意一个因素，对应其每个水平，其它任意一个因素的各个水给定任意一个因素，对应其每个水平，其它任意一个因素的各个水平出现的次数相同。平出现的次数相同。正交试验法的优点正交试验法的优点 均衡性均衡性 每个因素的各个水平，每两个因素的各个水平组合，参加每个因素的各个水平，每两个因素的各个水平组合，参加到试验中的次数均衡一致；到试验中的次数均衡一致；可比性可比性 计算每个因素各水平下的平均指标时，均等地减少了随机计算每个因素各水平下的平均指标时，均等地减少了随机误差的干扰，也在很大程度上消除了其它因素的影响。因此可以通过各水误差的干扰，也在很大程度上消除了其它因素的影响。因此可以通过各水平下的平均指标比较它们的优劣。平下的平均指标比较它们的优劣。5.补充说明补充说明5.1 若干补充若干补充 若试验指标是定性的，则需要根据试验结果的优劣打分，即将定性指若试验指标是定性的，则需要根据试验结果的优劣打分，即将定性指标定量化；标定量化；因素及其水平可根据实际需要灵活选取，例如，可取为两个因素的因素及其水平可根据实际需要灵活选取，例如，可取为两个因素的联合（温度反应时间）及相应的水平（联合（温度反应时间）及相应的水平（200 oC，3小时）小时）等等 定量因素的水平不一定按其大小排序，有时为了避免不恰当的极端试定量因素的水平不一定按其大小排序，有时为了避免不恰当的极端试验条件，或在方案中包括现行的试验条件，可以适当调整因素水平的次验条件，或在方案中包括现行的试验条件，可以适当调整因素水平的次序；序；做试验时，考察因素以外的试验条件要尽量保持一致；做试验时，考察因素以外的试验条件要尽量保持一致；做试验的次序可以根据需要安排，不一定与做试验的次序可以根据需要安排，不一定与“试验号试验号”一致；一致；当试验结果要用多个指标衡量时，可先对试验结果综合评分，然后再当试验结果要用多个指标衡量时，可先对试验结果综合评分，然后再作分析；作分析；实际应用试验结论时，对主要因素要认真控制在最好水平，对次要实际应用试验结论时，对主要因素要认真控制在最好水平，对次要因素则可根据需要适当放宽。因素则可根据需要适当放宽。